I. INTRODUCCION

En el recorrido de un canal, pueden presentarse diversos accidentes y obstáculoscomo son: Depresiones del terreno, Quebradas secas, Fallas, Cursos del agua,

necesidad de cruzar vías de comunicación (carreteras, vías férreas u otro canal).La solución mediante estructuras hidráulicas es: Acueductos, Sifón, Diques.

ACUEDUCTOS ROMANOS

Quizá esto se debiera a que el agua del Tíber ya no era suficiente para una población cada vez más grande, o quizá a que existía el peligro de que el enemigo envenenara su única fuente, pero lo cierto es que a consecuencia de ello, en el año 312 a.C. se construye el Aqua Appia, primer acueducto, la cual media unos 16 Km. de largo y la mayor parte de su recorrido era subterráneo.

En la antigua Roma, la fuente del suministro de agua para su población fue el río Tíber, pero a finales del siglo IV a.C., cuando los romanos luchaban en la Segunda Guerra Samnita, se encontraron con la necesidad de un suministro alternativo.

El agua era llevada a Roma por una red de 420 Km. de canales y tuberías desde manantiales, lagos y ríos situados en las montañas de los alrededores; el suministro era continuo, pues no había manera de regularlo. Para los romanos, fue el acueducto uno de sus logros más perfectos.

La construcción de un acueducto exige el estudio minucioso del terreno que permite escoger el trazado mas económico para permitir una pendiente suave y sostenida sin alargar demasiado el recorrido de la obra.

Fuente de la Barcaccia en la Plaza de España, alimentada por el acueducto Aqua Virgo.

El canal se acomoda al terreno por distintos procedimientos

Cuando se ha de vencer una fuerte depresión

Si el terreno se eleva

túneles

zanja

ACUEDUCTOS EN NAZCA

II. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES.

• El objetivo central del presente capítulo, es la descripción de los distintos componentes de un acueducto, así también como criterios y procedimientos de calculo para el dimensionamiento en el diseño hidráulico de obras de arte en un sistema de riego.

• Tener los conocimientos básicos para el diseño de estructuras hidráulicas especiales que gobiernan el flujo, mediante la determinación del cambio brusco de pendiente en depresiones y los efectos del cambio en las líneas de flujo en un punto específico de un canal.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

• Conocer las funciones y las ventajas que cumple un acueducto en un sistema de riego.

• Conocer los criterios que debemos asumir para ubicar en el campo una posible construcción de un acueducto en un sistema de riego.

• Familiarizarnos con las formulas mas usadas en el calculo de dimensiones de un acueductos.

• Evaluar las posibilidades económicas y las condiciones naturales del terreno como criterios para el calculo hidráulico.

• Según la función que desempeñan

• Según su ubicación

• De acorde a la seguridad contemplada en el proyecto a realizar

• El riesgo como factor preponderante ante una probable falla y el impacto que ello cause.

OBRAS DE ARTELas obras de arte llamadas también estructuras secundarias, constituyen el complemento para el buen funcionamiento de un proyecto hidráulico. Este tipo de estructuras se diseñan teniendo en cuenta las siguientes consideraciones.

III).- CONSIDERACIONES GENERALES.

Estructuras para cruzar depresionesAcueductosSifones

Estructuras para salvar desnivelesCaídasRápidas

Estructuras para control de gastoVertederosMedidores Parshall

Estructuras para distribución de gasto.Tomas lateralesPartidores

Estructuras de seguridadPuente Canal o CanoasAlcantarillas

CLASIFICACIÓN: Se clasifican según la función que van a desempeñar en el proyecto:

- Acueducto

- Alcantarilla

- Sifón

- Túnel

ESTRUCTURAS DE CRUCE

Son las obras mediante las cuales es posible cruzar un canal con cualquier obstáculo (una vía de ferrocarril, un camino, un rio, un dren, una depresión o sobre elevación natural o artificial del terreno) que se encuentra a su paso.

Para salvar el obstáculo, se debe recurrir a una estructura de cruce que puede ser:

La decisión que se debe tomar sobre cual de las estructuras es mejor en un caso determinado depende de consideraciones de tipo económico y de seguridad.

ACUEDUCTOS1. Concepto

El acueducto es un conducto, que fluye como canal encima de un puente diseñado, para resistir la carga de agua y su propio peso para atravesar una vía de transporte o para cruzar una depresión o curso de agua no muy profundo. Es una construcción para la conducción de agua a fin de salvar un desnivel.

2. Finalidad de un Acueducto.

La finalidad de un acueducto es pasar agua de un canal de riego por encima de otro canal de riego, un dren o una depresión en el terreno. Por lo general se usa construcciones de concreto armado para este fin.

En el caso de cruce con vías de transporte se usara acueductos cuando la rasante de la vía permita una altura libre para le paso de los vehículos de transporte.

En caso de cruce de quebradas el puente debe tener suficiente altura para dejar pasar el acueducto las máximas avenidas en el cauce que cruza. Igualmente si el puente tiene varios pilares, producirá remansamientos y socavaciones que conviene tenerlas en cuenta.

3. Ventajas y Desventajas de un Acueducto

La principal ventaja de un acueducto es que al cruzar el canal o dren, no obstaculiza el flujo libre del agua a traves de ellos.

La desventaja es que su construcción interrumpe durante un periodo considerable al riego, lo que hace necesario desvíos correspondientes.

Además el acueducto es una solución cara ya que se diseña como puente y los apoyos de este deben calcularse teniendo en cuenta todas las cargas y asegurar que soporten todos los esfuerzos de la superestructura.

4. CRITERIOS HIDRÁULICOS.

• Para el diseño hidráulico de esta estructura es suficiente cambiar la sección de canal por un canal de sección rectangular y para disminuir su sección aumentar la pendiente hidráulica.

• Después de diseñar la sección mas conveniente del acueducto se determina las transiciones de entrada y salida para empalmar la sección del canal con l sección del acueducto y respectivamente a la salida.

• La información mínima para el diseño hidráulico consiste de:

- Las características hidráulicas del canal de riego.

- Las elevaciones del fondo del canal de riego, tanto aguas arriba como aguas debajo de la estructura.

• la ubicación del acueducto debe asegurarse que el flujo de agua hacia la estructura sea lo mas uniforme posible, orientar y alinear el acueducto de tal forma que no sea obstáculo ni para le canal que pasa por el ni para le canal que cruza.

• en la sección 4 de la figura, se tienen las condiciones reales, siendo su tirante real de flujo el correspondiente al Yn del canal, por lo que esta sección representa una sección de control.

• La ubicación de una sección de control, resulta importante para definir el sentido de los cálculos hidráulicos, en este caso, desde la sección 4 aguas abajo, hacia la sección 1 aguas arriba.

• En el diseño hidráulico del acueducto se puede distinguir las siguientes componentes:

- La transición aguas arriba y abajo del acueducto.

- El tramo elevado.

5. Consideraciones para el diseño hidráulico.

1).- Material

para la construcción del puente canal puede ser:

Concreto, madera, hierro, u otra material duro, lo cual nos permite elegir el coeficiente de rugosidad.

2).- Forma de la sección transversal

Por facilidades de construcción se adopta una sección rectangular, aunque puede ser semicircular o cualquier otra forma.

3).- Ubicación de la sección de control.

Por lo general, un puente canal, se diseña para las condiciones del flujo subcritico ( aunque también se puede diseñar para flujo supercritico) , por lo que el puente canal representa una singularidad en el perfil longitudinal del canal, que crea efectos hacia aguas arriba.

7.Elección del tipo de estructurada

1. Cuando el nivel del agua es menor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar una alcantarilla, y si el obstáculo es muy grande se puede usar un túnel.

se debe escoger la solución mas conveniente para tener un funcionamiento hidráulico correcto, la menor perdida de carga posible y la mayor economía factible.

2.Cuando el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo, se puede utilizar como estructura de cruce un puente canal o un sifón invertido.

2.1 el puente canal se puede utilizar cuando la diferencia de niveles entre la rasante del canal y la rasante del obstáculo, permite un espacio libre suficiente para lograr el paso de vehículos en el caso de caminos o ferrocarriles; o el paso del agua en el caso de canales, drenes, arroyos o ríos.

2.2 el sifon invertido se puede utilizar si el nivel de la superficie libre del agua es mayor que la rasante del obstáculo , y no se tiene el espacio libre suficiente para lograr el paso de vehículos ó del agua

8. PARTES QUE INTEGRAN UN PUENTE CANAL

En todo puente canal podemos diferenciar dos partes principales:Sub estructura Super estructura

La subestructura es el conjunto de pilares y estribos que soportan la superestructura.

Pilas o caballetes

Subestrucura

Estribos

La superestructura es la parte del puente canal soportada por la estructura y consta de las siguientes partes:

Transición de entrada

Compuerta

Super estructura conducto

Transición de salida

9. Elementos hidráulicos de un puente canal.

1. Transición de entrada. Une por un estrechamiento progresivo el canal con el puente del canal, lo cual provoca un cambio gradual de la velocidad del agua en el canal.

2. Compuerta. colocada al inicio del conducto tiene como función regular el gasto u obstruirlo completamente cuando sea necesario y debe operarse conjuntamente con un vertedor aguas arriba de la compuerta.

3. Conducto elevado. Generalmente tiene una sección hidráulica más pequeña que la del canal. La pendiente de este conducto, debe ajustarse lo más posible a la pendiente del canal, a fin de evitar cambios en la rasante de fondo del mismo. Debe procurarse que en el conducto el flujo sea subcrítico.

4. Transición de salida. Une el puente canal (acueducto) con el canal.

10. Diseño del conducto elevado

• Por condiciones económicas el ancho debe ser lo menor posible, pero manteniendo siempre el mismo tipo de flujo, en este caso, flujo subcrítico. A fin de que las dimensiones sean las mínimas posibles se diseñan para condiciones cercanas a las críticas.

• Para una sección rectangular, en condiciones críticas se cumplen las siguientes ecuaciones.

11. La Transición

• La longitud de la transición se puede calcular, aplicando el criterio presentado en el libro “Hidráulica de Canales Abiertos” de VEN TECHOW, que da el ángulo máximo para la línea que conecta el muro lateral de la estructura con el talud del canal, fijándolo en 12.5°:

 

Donde:

L= longitud de la transición (m)

Ba= ancho del acueducto(m)

b= ancho de la solera(m)

Z= talud del canal

H= altura total del canal(m)

Para un canal de sección rectangular se puede determinar la longitud de la transición con la ecuación:

 

Para un canal de sección rectangular se puede determinar la longitud de la transición con la ecuación:

 

Donde:

L= longitud de la transición (m)

Ba= ancho del acueducto(m)

b= ancho del canal (m)

Transición de salida:

 

Para el caso de una transición recta la ecuación utilizada es :

Donde:

L= longitud de la transición (m)

T1= ancho del acueducto(m)

T2=b= ancho del canal (m)

• Las pérdidas predominantes en las transiciones (por su corta longitud) corresponden a las pérdidas por cambio de dirección, siendo su ecuación:

12. CALCULO DE LAS PERDIDAS EN LAS TRANSICIONES

 

 

 

• Los valores de Ke y Ks, dependen del tipo de transición diseñada, en la figura 1 y en la tabla , se muestran algunos valores.

• Coeficientes de perdida de energía para transiciones de sección trapezoidal a rectangular..

13. CÀLCULO DE LOS DEFECTOS DE LA CURVA DE REMANSO

14. CALCULO DE LA ALTURA DE REMANSO

15. Protección del fondo del canal y los taludes contra la erosión.

• Cuando una estructura que conduce agua desemboca en un canal en tierra, se necesita siempre una protección en los primeros metros del canal para evitar que ocurra erosión: Para el diseño de la protección se tiene que saber lo siguiente:

* La velocidad del agua en la estructura

* La velocidad del agua en el canal

* La granulometria del material del canal

* El ángulo de talud del canal

• En el diseño de la protección se puede distinguir dos fases:

1. Determinar la longitud necesaria de la protección;

2. Determinar las características de la construcción, o sea el peso y el tamaño del material requerido para la protección.

IV. CONCLUSIONES

• Las obras de arte son estructuras que facilitan el funcionamiento de los sistemas de riego ya que aumentan la eficiencia de conducción y hacen que el canal trabaje en condiciones de flujo normales tal como es el caso de una acueducto.

• Con la realización del presente trabajo se comprende que el diseño de estructuras especiales, tales como un acueducto, nos permite una formación integral en cuanto al campo de la ingeniería en estructuras hidráulicas.

• Aunque no obtengamos en una sola experiencia los criterios para el diseño para este tipo de obra de arte, lo que aprendimos nos servirá para el futuro ya que tendremos una buena base para dar solucion en cuanto a riego se refiere.

• Los acueductos permite solucionar el paso a desnivel debido a las depresiones que se presentan en la topografía de un determinado terreno de las aguas que provienen de una fuente a través del canal principal aguas abajo, de esta manera se evita construir un sifón que en este caso económicamente seria mas costoso.

• Normalmente desde 10 a 15 metros se usan acueductos en forma de vigas rectas sobre pilas, para luces mayores cuando las pilas se hacen muy altas, siempre que el terreno lo permita, se hacen acueductos en forma de arcos.

V. RECOMENDACIONES.• Las obras de arte en sistemas de riego, como es el caso de un acueducto se deben diseñar

de una manera tal que eleven la eficiencia de todo el sistema y que aminoren los costos de mantenimiento, deben colocarse en sitios estratégicos y ser dimensionados adecuadamente.

• El desarrollo de dimensionamiento de un acueducto se debe hacer en concordancia a las normas técnicas vigentes y la buena practica de la ingeniería estructural, ingeniería hidráulica y la ingeniería mecánica requerida para garantizar el buen funcionamiento del acueducto.

• Se recomienda a los sectores de riego realizar trabajos de limpieza del canal a fin de evitar acumulación de sedimentos, rocas y malezas de arbustos que podrían afectar el funcionamiento adecuado del acueducto.

• En general el diseño de la obra de arte debe considerar los siguientes aspectos: 1).- No debe generar perturbaciones excesivas.

2).- No debe generar choques excesivos sobre las paredes de las estructuras.3).- No debe generar cambios bruscos en la dirección general de escurrimiento. 4).- Debe devolver las aguas en exceso al río sin originar solicitaciones que excedan las que puede resistir el medio físico.

• Para la construcción de lo pilares deben hacer un previo estudio de suelos y un control de calidad del material para que sostenga de manera eficiente a la caja del acueducto.

VI. BIBLIOGRAFIA.• Máximo VILLON BEJAR. “Diseño de Estructuras Hidráulicas”.

Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería Agrícola. Lima – Perú, 2006.

• Hugo Amado ROJAS RUBIO.”Estructuras Hidráulicas (apuntes en revisión – 2008).”

• Cesar Arturo ROSELL CALDERON. “IRRIGACION”. Consejo Departamental de Lima, 1993.

• http://www.unc.edu/~hdefays/courses/span330/arte/primerospobladores-A.html

• http://www.perutoptours.com/index06ca_complejo_hidraulico_ceremonial_cumbemayo_acueducto.html

• http://lamula.pe/2010/09/19/visita-guiada-al-tunel-trasandino-de-olmos/principedelamiseria/